不可逆过程的原理

Qi i Ti
Qi 0或
dQ 0
i Ti
T环境
等号表示可逆过程
(3)任意循环(arbitrary cycle)
循环过程
dQ
0 T环境
“<”：不可逆循环过程， dQ 是实际发生的热量
“=”：可逆循环过程，可逆性要求系统与环境
之间没有温差 T环境 T， dQ 是假想的 可逆过程产生的热量 dQ dQR
度量过程的不可逆程度
不可逆程度(degree of irreversibility)
对于微小过程，如果环境温度可以看作恒定，则
B dQ
ΔS
可简化为
A T环
dQ dS
T环
>0 不可逆过程 =0 可逆过程
<0 不可能发生
度量过程的不可逆程度
不可逆程度(degree of irreverbility)
2.熵增原理(principle of entropy increase) 绝热系统的熵有增无减
绝热系统： dQ 0
dQ
ΔS T环 0
ΔS绝热 ΔSQ0
>0 不可逆过程 =0 可逆过程 <0 不可能发生
2.熵增原理(principle of entropy increase) 孤立系统的熵有增无减
dQ dS环 T环
把环境和系统看作一个大的孤立系统，
dQ
ΔS T环 ΔS系统 ΔS环境 ΔS大孤立 0
例1 1molH2O(l)于0.1MPa下自25℃升温至50℃，求熵 变和热温商，并判断可逆性。已知Cp,m 75.40J K1 mol1 (1)热源温度700℃; (2)热源温度100℃。
2-4 克劳修斯不等式和 可逆性判据

<0 不可能发生的过程
上式表明，在一绝热体系，熵值永远不会减
少，只可能发生熵值不变(ΔS=0)和增大(ΔS>0)
的过程，永远不可能发生熵值减少的过程，这
就是熵增原理。
后
测
简述熵的定义；
克劳修斯不等式；
简述熵判据及其意义；
A
T
Qi
Qi
S (
)R
S (
)R 0
Ti
i
Ti
i
B
或
对微小变化
Q
dS ( ) R
T
2、克劳修斯不等式
设温度相同的两个高、低温热源间有一个可逆
机和一个不可逆机。
Qh Qc
Qc
则： IR
1
Qh
Qh
根据卡诺定理：
则
Th Tc
Tc
R
1
Th
Th
IR R
Qc Qh

0
Tc Th
推广为与多个热源接触的任意不可逆过程得：
Qi
(
)IR 0
i Ti
设有一个循环， A B 为不可逆过程，B A
为可逆过程，整个循环为不可逆循环。
A Q
Q
Why？
则有
( )IR,AB ( )R 0
B
T
T
i
A Q
Q
B ( T )R SA SB SAB (i T )IR,AB 0
(3)在P，Q之间通过O点作等温可逆膨胀线VW，使两个
三角形PVO和OWQ的面积相等，
这样使PQ过程与PVOWQ过程所作的功相同。
同理，对MN过程作相同处理，使MXO’YN折线所经过

工程热力学名词解释（4×5=20分）1.可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间变化，系统内外同时建立了热平衡和力平衡，这是系统的状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。

准静态过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

2.膨胀功：在压力差作用下，由于系统工质容积发生变化而通过界面向外界传递的机械功。

技术功：热力过程中可被直接利用来做功的能量通称为技术功。

流动功：为推动流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。

轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功。

3.理想气体：分子本身不具有体积、分子间没有作用力的气体称为理想气体。

实际气体：气体的状态处于很高的压力或很低的温度，气体有很高的密度，以致分子本身的体积及分子间的相互作用力不能忽略不计时的气体，称为实际气体。

4.热力学用：闭口系统从给定状态可逆地过渡到与环境状态相平衡，对外所作的最大有用功，称为热力学能用。

焓用：工质流从初态可逆过渡到环境状态，单位质量工质焓降可能做出的最大技术功是工质流的焓用。

热量用：当热源温度T高于环境温度T0时，从热源取得热量Q，通过可逆热机可对外界做出的最大功称为热量用。

冷量用：当热源温度T低于环境温度T0时，在可逆条件下，外界消耗的最小功即为冷量用。

5.闭口系统：没有物质穿过边界的系统。

开口系统：有物质流穿过边界的系统。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递的系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。

6.定压比热容：单位质量的物质，在压力不变的条件下，作单位温度变化时相应的焓的变化。

定容比热容：单位质量的物质，在比体积不变的条件下，作单位温度变化时相应的热力学能的变化。

热力学第二定律一、 自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程）一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。

二、 热力学第二定律1. 热力学的两种说法：Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化2. 文字表述： 第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功）功 热 【功完全转化为热，热不完全转化为功】（无条件，无痕迹，不引起环境的改变） 可逆性：系统和环境同时复原3. 自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程）特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功三、 卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机）ηη≤ηη （不可逆热机的效率小于可逆热机）所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关四、 熵的概念1. 在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：ηηηη+ηηηη=η 任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关热温商具有状态函数的性质 ：周而复始 数值还原从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数2. 热温商：热量与温度的商3. 熵：热力学状态函数 熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η（数值上相等） 4. 熵的性质：（1）熵是状态函数，是体系自身的性质 是系统的状态函数，是容量性质（2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和（3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变（4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量（5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性（6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变（7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。